Вопросы и задачи
1. Какие углеводороды называются непредельными.
2. На основе современных представлений об электронных облаках охарактеризуйте природу химических связей в молекуле этилена и поясните, почему одна из связей менее прочная.
3. Гомологический ряд алкенов. Номенклатура (ИЮПАК и рациональная).
4. Какие виды изомерии характерны для алкенов? Приведите примеры. Различия в свойствах изомеров.
5. Напишите основные способы получения алкенов (дегидрирование алканов; гидрирование алкинов; дегидрогалагенирование; дегалогенирование; дегидротация).
6. Напишите структурные формулы соединений по их названиям:
а) 3-метилпентен-1;
б) 3, 4-диметилгексен-2;
в) бутен-2 3-бром-2, 4-диметилпентен-1.
7. Назовите по номенклатуре ИЮПАК следующие соединения:
а) (СН3)2СН–СН=СН3;
б) СН2=СН–СН(СН3)–СН3;
в) СН3–СН=СН–С2Н5.
8. Напишите структурные формулы изомеров состава С5Н10. Назовите эти соединения по номенклатуре ИЮПАК. Укажите, какие из них образуют геометрические изомеры, напишите их формулы.
9. Составьте уравнения реакции, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
а) СН4 → С2Н4 → С2Н6 → СО2;
б) СН3 – СН3 → СН3 – СН2Сl → СН2=СН2 → СН3–СН2–ОН.
10. Сколько литров воздуха потребуется для сжигания 50 л пропилена (н.у.)?
Лабораторная работа № 4 получение и основные свойства алкинов Теоретическая часть
Алкины (ацетиленовые углеводороды) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат тройную связь C≡C, которая осуществляется 6-ю общими электронами. Общая формула алкинов с одной тройной связью СnH2n–2. Простейший представитель: С2Н2.
В образовании такой связи участвуют атомы углерода в sp-гибридизованном состоянии. Каждый из них имеет по две sp-гибридных орбитали, направленных друг к другу под углом 180°, и две негибридных р-орбитали, расположенных под углом 90° по отношению друг к другу и к sp-гибридным орбиталям.
Тройная связь состоит из одной σ- и двух π-связей, образуемых двумя sp-гибридизованными атомами. σ-связь возникает при осевом перекрывании sp-гибридных орбиталей соседних атомов углерода; одна из π-связей образуется при боковом перекрывании рy-орбиталей, другая – при боковом перекрывании рz-орбиталей:
Номенклатура алкинов. По систематической номенклатуре названия ацетиленовых углеводородов производят от названий соответствующих алканов путем замены суффикса -ан на -ин:
Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя тройную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к тройной связи конца цепи. Цифра, обозначающая положение тройной связи, ставится обычно после суффикса -ин:
3-метилбутин-1.
Для простейших алкенов применяются также исторически сложившиеся названия: ацетилен (этин), аллилен (пропин), кротонилен (бутин-1), валерилен (пентин-1).
Изомерия алкинов
Структурная изомерия
1. Изомерия углеродного скелета (начиная с С5Н8):
пентин-1 3-метилбутин-1
2. Изомерия положения тройной связи (начиная с С4Н6):
бутин-1 бутин-2
3. Межклассовая изомерия с алкадиенами (начиная с С4Н6):
бутин-1 бутадиен-1,3
Физические свойства. Температуры кипения и плавления ацетиленовых углеводородов увеличиваются с ростом их молекулярной массы. При обычных условиях алкины С2Н2–С4Н6 – газы, С5Н8–С16Н30 – жидкости, с С17Н32 – твердые вещества. Температуры кипения и плавления алкинов выше, чем у соответствующих алкенов. Алкины плохо растворимы в воде, лучше – в органических растворителях.
Химические свойства алкинов сходны с алкенами, что обусловлено их ненасыщенностью.
1. Реакции присоединения к алкинам
Гидрирование. В присутствии металлических катализаторов (Pt, Ni) алкины присоединяют водород с образованием алкенов (разрывается первая π-связь), а затем алканов (разрывается вторая π-связь):
Галогенирование. Электрофильное присоединение галогенов к алкинам протекает медленнее, чем для алкенов (первая π-связь разрывается труднее, чем вторая):
Алкины обесцвечивают бромную воду (качественная реакция).
Гидрогалогенирование. Присоединение галогеноводородов также идет по электрофильному механизму. Продукты присоединения к несимметричным алкинам определяются правилом Марковникова:
Гидратация (реакция Кучерова). Присоединение воды происходит в присутствии катализатора соли ртути (II) и идет через образование неустойчивого непредельного спирта, который изомеризуется в уксусный альдегид (в случае ацетилена):
или в кетон (в случае других алкинов):
Полимеризация:
1) димеризация под действием водно-аммиачного раствора CuCl:
2) тримеризация ацетилена над активированным углем приводит к образованию бензола (реакция Зелинского):
2. Образование солей
Ацетилен и его гомологи с концевой тройной связью R–C≡C–H (алкины-1) вследствие полярности связи С(sp)–Н проявляют слабые кислотные свойства: атомы водорода могут замещаться атомами металла. При этом образуются соли – ацетилениды:
При взаимодействии ацетилена (или R–C≡C–H) с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I) выпадают осадки нерастворимых ацетиленидов:
Образование серовато-белого осадка ацетиленида серебра (или красно-коричневого – ацетиленида меди RC≡CCu) служит качественной реакцией на концевую тройную связь.
3. Окисление алкинов
Ацетилен и его гомологи легко окисляются различными окислителями (К2Cr2O7, KMnO4). Строение продуктов окисления зависит от природы окислителя и условий проведения реакций.
При жестком окислении (нагревание, концентрированные растворы, кислая среда) происходит расщепление углеродного скелета молекулы алкина по тройной связи и образуются карбоновые кислоты:
При мягком окислении разрушаются только π-связи. Например, при взаимодействии ацетилена с разбавленным раствором KMnO4 при комнатной температуре возможны следующие превращения с образованием щавелевой кислоты HOOC–COOH:
При сгорании алкинов происходит их полное окисление до CO2 и H2O. Горение ацетилена сопровождается выделением большого количества тепла (Q = 1300 кДж/моль):
Получение алкинов
1. Пиролиз метана:
2. Пиролиз этана или этилена:
3. Гидролиз карбида кальция:
Для синтеза гомологов ацетилена применяют следующие методы:
1) дегидрогалогенирование дигалогеналканов спиртовым раствором щелочи
2) удлинение цепи (алкилирование ацетиленидов) при действии на ацетилениды алкилгалогенидами
